BRODSKI SISTEMI 2009.pdf

(1)

(2)

Uvod 1 1. PRORAČUN SLOŽENOG CEVOVODA 9 1.1. PROST CEVOVOD 9 1.1.1. Osnovni slučajevi i jednačine 9 1.1.2. Direktni i indirekti zadatak proračuna prostog cevovoda 11 1.1.3. Dijagram pritiska duž cevovoda 14 1.2. SLOŽENI CEVOVOD 18 1.3. KARAKTERISTIKE CEVOVODA 27 2. BRODSKE PUMPE 39 2.1. KARAKTERISTIKE PUMPI 39 2.2. ZAJEDNIČKI RAD PUMPI 49 2.3. USISNA VISINA PUMPE 58 2.4. TIPOVI BRODSKIH PUMPI 68

2.4.1. Pumpe I grupe 70

2.4.2. Pumpe II grupe 84 2.4.3. Uređaji za početno

(3)

3. POJEDINI BRODSKI SISTEMI 100 3.1. OSNOVNE ŠEME 100 3.2. KALJUŽNI SISTEM 103 3.3. HAVARIJSKI SISTEM 118 3.4. SISTEM ZA NUŽDU 122 3.5. SISTEM SPASAVANJA 123 3.6. BALASTNI SISTEM 125

3.7. SISTEM NAGIBA I TRIMA 134

3.8. SANITARNI SISTEMI 140 3.8.1.Dovodni sanitarni sistem 141 3.8.2. Odvodni sanitarni sistem 150 3.9. SISTEMI TANKERA 162 3.9.1. Teretni sistem 163 3.9.2. Odsisni sistem 172 3.9.3. Sistem ventilacije tankova 174 3.9.4. Sistemi grejanja i cirkulacije tereta 179 3.9.5. Sistem pranja tankova 181 3.10. PROTIVPOŽARNI SISTEMI 186 3.10.1. Sistem signalizacija požara 192 3.10.2. Sistem gašenja vodom 200 3.10.3. Zapreminsko gašenje 213 3.10.4. Gašenje penom 222 3.10.5. Gaženje hemijskom reakcijom 229

(4)

Jedan od nekoliko pomoćnih, brodomašinska predmeta

Oprema broda, Brodski motori, Brodske turbine i kotlovi, i BRODSKI SISTEMI

Sve što ne spada u opremu broda, i što nije vezano za pogonsku mašinu, spada u brodske sisteme...

to je (uglavnom) niz sistema CEVOVODA koji transportuju različite fluide po brodu,

to je ”krvotok broda”

Iako je pomoćni predmet, u brodogradilištima postoje grupe brodograđevnih inženjera koje se ovim bave...

Prvo, dajemo pregled brodskih sistema koji će kasnije biti detaljno proučeni...

UVOD

(5)

BRODSKI SISTEMI

Predavanja - letnji semestar 2008. 2

Podela brodskih sistema

voda bez mesta boravka, zadržava se na različitim delovima broda,

uvek se sliva na najniže mesto...

TEČNOST SISTEM LEGENDA koju koristimo

iz broda u brod po brodu

RADNI FLUID

Prostorna

voda

Voda u

tankovima

(6)

PROSTORNA VODA

Sistemi su povezani – vode se mešaju

Postoji i dublja (inženjerska) veza sistema: ušteda u težini, prostoru, ali o tome kasnije... Postoje čisto brodski sistemi (havarijski, kaljužni...), a i sistemi koji postoje i van brodogradnje, ali na brodu imaju niz specifičnosti

Kaljužni sistem Havarijski sistem Sistem spasavanja Sistem sliva i preliva Protivpožarni sistem kaljuža – prljava voda havarijska (spoljna) voda atmosferska i

(7)

BRODSKI SISTEMI

VODA U TANKOVIMA

traje satima... traje minutama...

Balastni sistem

Sistem nagiba i pretege

(nakretni sistem)

Sistem sveže vode Sistem otpadne vode

spoljna (morska) voda čista voda

Prljava (siva) i zagađena (crna)

(8)

TEČNI TERET

Teretni sistem Odsisni sistem

Sirova nafta, derivati nafte, ... sve moguće tečnosti

(9)

BRODSKI SISTEMI

OSTALO

Na brodu postoji i niz sistema koji se ne uklapaju u predhodnu podelu To su:

a) Sistemi za pokretanje brodskih mehanizama (pumpi, ventila, vitala, ...) - sistem vazduha pod pritiskom (pneumatski)

- sistem vodene pare (parni)

- sistem hidrauličkog ulja (hidraulički) b) Sistem ventilacije i grejanja

c) Specijalni sistemi tankera

(pranje tankova, ventilacija tankova, grejanje tereta, cirkulacija tereta ...) d) Protivpožarni sistemi

(sistemi gašenja požara penom, ugljendioksidom, halonima, sistemi detekcije požara...)

Svi sistemi imaju niz zajedničkih elemenata... Na primer:

(10)

SIMBOLI Armatura cevovoda Cevi Račve Pumpa Ventil Nepovratni ventil Usisna korpa sa nepovratnim ventilom Blatnjača Separator tipični kaljužni sistem (sasvim uprošćen)

(11)

BRODSKI SISTEMI

Kurs delimo na sledeće delove:

1. Cevovodi

2. Pumpe

3. Armatura cevovoda

4. Pojedinačni brodski sistemi

Zajedničko za sve sisteme

BRODSKI

CEVOVODI

Šeme cevovoda

Materijali

i korozija

Čvrstoća

cevovoda

Strujanje u

cevovodu

Počinjemo od cevovoda...

(12)

1. PRORAČUN SLOŽENOG CEVOVODA

Zadato:

- Šema cevovoda (zavisi od sistema)

- Protoci u svim delovima cevovoda (treba ih obezbediti...) Nepoznato: - Pumpa ? - Prečnici cevovoda ?

1.1. PROST CEVOVOD

1.1.1. Osnovni slučajevi i jednačine

(13)

BRODSKI SISTEMI

Ceo cevovod sa pumpom (sadrži ulaz, izlaz...)

Ceo cevovod, bez pumpe

Deo cevovoda (isečen iz složenog cevovoda)

Na raspolaganju su

Jednačina kontinuiteta Q v A const= ⋅ = 2 d Q v 4 π = ⋅ 4Q d v π = v 4Q₂ d π = Bernulijeva jednačina 2 2 1 1 2 2 1 p 2 G p v p v z H z H 2g 2g α α γ γ + + + = + + + 1 2 v v _d ₌_const v₂ =v

(

)

2 1 2 2 p 2 1 GD BR PZ G p p v l v H z z 2g d 2g H _H H H α _λ _ζ γ − ⋅ ⎛ ⎞ = − + + +_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ (a) (b) (c) H_c (npr. slučaj a)

(14)

p c

H =H

Slučaj (a)

Napor pumpe = Naporu cevovoda

Energija koju daje daje pumpa (izražena u metrima) = energiji koja se troši u cevovodu

Slučaj (b) _H_c ₌₀

uspostavlja se dinamička ravnoteža pri protoku Q pri tome je z₂< z₁ Slučaj (c)

(

)

2 1 2 2 1 2 4 p p l 8Q 0 z z d g d λ ζ γ π − ⎛ ⎞ = − + +_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ 1 2 v =v =v

Javljaju se dva zadatka:

I. Zadato d , traži se H_p(ili Δp)

To je tzv. direktni zadatak proračuna cevovoda Kaže se: dat cevovod, traži se pumpa...

Ustvari (preciznije) traži se napor pumpe H_p (razlika pritisaka Δp) koji u cevovodu prečnika d dovode do protoka Q Odredi se H_c

(

)

2 1 2 c 2 1 2 4 p p l 8Q H z z d g d α λ ζ γ π − ⎛ ⎞ = − + +_⎜ + + _⎟ ⎝

∑

⎠ 1 2 p p p Δ = − c p H γ Δ =

(

2 1

)

224 c p l 8Q z z d g d H λ ζ γ π Δ ₌ ₋ ₊⎛ ₊ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝

∑

⎠

(

)

2 c 2 1 2 4 l 8Q H z z d g d λ ζ π ⎛ ⎞ = − +_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ odnosno i na osnovu toga p c H =H c p H γ Δ = odnosno u varjanti (b) se ne javlja... 1.1.2. Direktni i indirekti zadatak

proračuna prostog cevovoda

Pazi, razlika u definiciji H_cza ceo, i za deo cevovoda

(15)

BRODSKI SISTEMI

II. Zadato H_p(ili Δp), traži se d

To je tzv. indirektni zadatak proračuna cevovoda

Kaže se: data pumpa, traži se cevovod.... Ustvari (preciznije) traži se prečnik d, pri kome zadato H_p(ili razlika pritisaka Δp) obezbeđuje protok Q Problem je složeniji... npr. za slučaj (c)

(

2 1

)

224 c p l 8Q z z d g d H λ ζ γ π Δ ₌ ₋ ₊⎛ ₊ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝

∑

⎠

svodi se na jednačinu 5. stepena...

e f (R ) λ = R_e vd ... 4Q d ν π ν = = = f (d) const λ = ≠ Kako rešiti...? Najčešće grafo-analitički Pretpostavi se d ... →Δp Rešava se niz direktnih zadataka...

(16)

Standardizacija

prečnik mora biti standardan...

bira se (obično) veći

d = d_S2> d_p c p H Δ γ < tada je

uspostavlja se ravnoteža pri novom (većem) protoku...

Prigušenje cevovoda

Dodaje se lokalni otpor (blenda, ventil...)

2 G p v H 2g Δ =ζ G c H H Δ =Δ ne deluje inženjerski...

povećavaju se gubici, troši se energija, da bi se zadovoljio proračun...

Videće se da smo, u nekim slučajevima, na to prinudjeni...

(17)

BRODSKI SISTEMI

1.1.3. Dijagram pritiska duž cevovoda

sledi iz Bernulijeve jednačine ...

( ) ( ) _at p x p x p

Δ = −

računato od početka cevovoda, ispred pumpe... (za deo 1-P)

računato od početka cevovoda, iza pumpe...

( ) ( ) 2 2 4 p x x 8Q z x 1 d g d Δ _Δ _λ _ζ γ π ⎡ _⎛ _⎞ ⎤ = −_⎢ + +_⎜ + _⎟ _⎥ ⎝ ⎠ ⎣

∑

⎦ ( ) ( ) 2 p 2 4 p x x 8Q z x 1 H d g d Δ _Δ _λ _ζ γ π ⎡ ⎛ ⎞ ⎤ = −_⎢ + +_⎜ + _⎟ _⎥+ ⎝ ⎠ ⎣

∑

⎦ ( ) ( ) 2 2 4 p x x 8Q z x d g d Δ _Δ _λ _ζ γ π ⎛ ⎞ = +_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ ( ) ( ) 2 p 2 4 p x x 8Q z x H d g d Δ _Δ _λ _ζ γ π ⎛ ⎞ = +_⎜ + _⎟ − ⎝

∑

⎠ ( ) _n ( ) z x z z x Δ = −

računato od kraja cevovoda, za deo P-n

računato od kraja cevovoda, za deo 1-P

Pritisak na svakom mestu se može odrediti “od početka”, ili “od kraja”...

Grafički prikaz – dijagram... traži se pritisak na mestu x

( ) ( ) _o z x z x z

(18)

( ) ( ) 2 2 4 p x x 8Q z x 1 d g d Δ _Δ _λ _ζ γ π ⎡ ⎛ ⎞ ⎤ = −_⎢ + +_⎜ + _⎟ _⎥ ⎝ ⎠ ⎣

∑

⎦ 2 b a 2 4 p p 8Q x g d Δ Δ _λ γ = γ − π ′ horizontalna cev vertikalna cev 2 2 b a a 2 4 2 4 p p 8Q p 8Q x x 1 x g d g d Δ Δ _λ Δ _λ γ γ π γ π ⎛ ⎞ ′ ′ ′ = − − = − +_⎜ _⎟ ⎝ ⎠ lokalni otpor 2 b a 2 4 p p 8Q g d Δ Δ _ζ γ = γ − π

Dijagram pritiska se sastoji iz prikazanih elementarnih delova...

Pre kompletnog dijagrama, nekoliko detalja... Na osnovu jednačine

(19)

BRODSKI SISTEMI

(20)

Dobijen je dijagram pritiska – ustvari razlike pritiska u odnosu na atmosferski (dujagram potpritiska, natpritiska) u svakoj tački cevovoda

To će biti neophodno za proračun složenog cevovoda...

Moguće je zaključiti

u usisnom delu cevovoda (u principu) vlada potpritisak

u potisnom delu cevovoda, natpritisak minimalni pritisak, na usisu pumpe to je ključno mesto cevovoda p_min> p_dop(zbog kavitacije)

pumpu treba postaviti što bliže početku cevovoda – pumpa treba da radi na potisak maksimalni pritisak, neposredno iza pumpe

energija koju daje pumpa je energija pritiska (porast pritiska u pumpi, razlika pritisaka iza i ispred pumpe)

brojna vrednost, za vodu

, 5 at 3 p 1 bar 10 10 m g 10 9 81 γ ≈ ρ = ⋅ ≈ pa realno

(21)

BRODSKI SISTEMI

1.2. SLOŽENI CEVOVOD

Uprošćenje: 1 pumpa

(videćemo, više pumpi se može svesti na jednu – ekvivalentnu) Šta se proračunava..?

Data šema

Zadati ulazni i izlazni protoci

Sadrži oba zadatka prostog cevovoda (direktni i indirektni...)

Proračun delimo u nekoliko faza... Treba odrtediti napor pumpe (H_p= ?) Treba odrediti prečnike svih deonica cevovoda (d_i= ?)

(22)

Određivanje protoka na svim deonicama

elementarno... iz jednačine kontinuiteta Q = const

Račva u usisnom delu cevovoda

Račva u potisnom delu cevovoda Q_a= Q_b+ Q_c

Na taj način se određuje svako Q_i

Magistrala

Q_c= Q_a + Q_b

Izbor magistrale

Izbor magistrale je (donekle) proizvoljan... Treba da sadrži pumpu, ulaz i izlaz iz cevovoda...

Ako je moguće, svi drugi cevovodi (ogranci) treba da su prosti cevovodi... Pri tome, magistrala treba da je “kritična deonica” – najduža, s najvećom

geodezijskom visinom, najviše lokalnih otpora...

Zadatak je moguće rešiti za različito izabrane magistrale...

(23)

BRODSKI SISTEMI

Biramo, na primer

(1)-(4)-(5)- ... -(P) - ... - (n) sve ostalo su ogranci

Usvajanje prečnika magistrale

najčešće prema preporučenoj brzini strujanja Polazi se, npr. od

v_M= const

usvaja (prema preporukama) v_M tada je

S obzirom da se protoci duž magistrale razlikuje, menjaju se i prečnici d_M

i i 2 M M M d v Q 4 π = i i i M M M 4Q d v π = ⋅

(24)

Izbor v_M

v_min< v < v_max v_minsledi iz ograničenja:

manja brzina daje veće prečnike cevovoda... veći prečnici daju teži, veći cevovod... povećava se opasnost od taloženja i obrastanja...

za brodske cevovode v_min= 1 – 2 m/s v_max sledi iz ograničenja:

veća brzina daje manje prečnike, ali i veće gubitke

veću opasnost od kavitacije veću eroziju cevi

veću buku...

za brodske cevovode v_max= 3 – 5 m/s

Dobar izbor je, prema tome v_M= 2 – 3 m/s

Dobijene d_Mtreba standarizovati d_M→ d_ST

Postupak može biti i nešto drugačiji

Bira se d_M= const (konstantan, standardni prečnik duž magistrale) tada brzina nije konstantna

...treba proveriti da li je brzina unutar preporučenih granica...

M

(25)

BRODSKI SISTEMI

∑

Određivanje napora pumpe

Odredi se napor magistrale... prema Bernulijevoj jednačini

jer se protoci (u principu) razlikuju Koristimo, kao kod prostog cevovoda

to je direktan zadatak, zadato d, traži se H_p Javlja se jedan mali (delikatan) problem...

Primenili smo Bernulijevu jednačinu, a ona važi za strujnicu, strujnu cev, prost cevovod... Može (približno), ako su lokalni otpori račvi zanemarljivi...

(M) (M) (M) (M) (M) c GD PZ BR G H =H +H +H +H

(

)

(M) n 1 n2 M M2 M2 c n 1 2 4 2 4 2 4 M M i M i p p 8Q l 8Q 8Q H z z g d λd g d ζ g d γ π π π ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ − = − + + + ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

∑

(M) p c H =H

(26)

Dijagram pritiska duž magistrale

Konstruiše se na isti način kao kod prostog cevovoda...

Dijagram nije neophodan (potrebne su vrednosti pritiska), ali je koristan...

Određeno, prema tome, d_M, H_p, Δp_i, prelazi se na

Proračun ogranaka

d_ogr= ? Ogranak usisnog voda

Iz Bernulijeve jednačine sledi

(

)

( )

2

ogr ogr ogr

j i 2 4 ogr ogr ogr ogr c p l 8Q z z 1 d g d H λ ζ γ π ⎛ ⎞ Δ = − + +⎜_⎜ + ⎟_⎟ ⎝

∑

⎠ ogr i j p p p Δ γ γ − = _...poznato

p_i– poznati (npr. atmosferski) pritisak p_j– pritisak iz dijagrama...

(27)

BRODSKI SISTEMI

Veoma slično i za ogranak potisnog voda

(

)

( )

2

ogr ogr ogr

k m 2 4 ogr ogr ogr ogr c p l 8Q z z d g d H λ ζ γ π ⎛ ⎞ Δ = − +⎜_⎜ + ⎟_⎟ ⎝

∑

⎠ ogr m k p p p Δ γ γ − =

nema brzinskog člana...

Proračun ogranaka se svodi na indirektni zadatak proračuna prostog cevovoda...

pretpostavlja se d , traži H_c... i crta dijagram

konačno se d_ogrstandardizuje...

Ali ostalo je nekoliko važnih detalja... Time je proračun (naizgled) završen... Određeno d_M, d_ogr, H_p

(28)

Proračun ogranaka ne obezbeđuje v_min< v_ogr< v_max

treba proveriti... Ako je v_ogr< v_min

treblo bi smanjiti prečnik cevi, ali tada se menja Q

Ako je v_ogr> v_max

trebalo bi povećati prečnik cevi, ali i tada se menja Q

Može se, pri v_ogr> v_max, povećati prečnik ogranka, i dodati prigušenje (npr. blendu, ventil) da se ne promeni napor ogranka... Ili ponoviti proračun s novom magistralom...

ako taj uslov nije zadovoljen, magistrala je loše odabrana...

Postoji i problem račvi koliko je, ustvari Δp_ogr? koliko je p_j, p_m?

(29)

BRODSKI SISTEMI

koju vrednost koristiti ?

j j j

p− ≈ p+ ≈ p pm− ≈ pm+ ≈ pm

otpor račvi je, po pravilu, zanemarljiv u odnosu na ostale otpore brodskog cevovoda... to je već (implicitno) pretpostavljeno, kada je korišćena Bernulijeva jednačina za napor magistrale...

Sada možemo odrediti d_M, d_ogr, H_{p ,}pri traženim (zadatim) protocima

Protoci Q_ise, međutim, menjaju u odnosu na proračunske, iz dva razloga

Zbog standardizacije prečnika ogranaka... Zbog izbora pumpe..

Naime, ne postoji pumpa koja daje traženi napor H_ppri zahtevanom protoku...

Postoji mnogo pumpi između kojih biramo...

ali nijedna ne daje baš H_p(Q_p)

Kada izaberemo (najpribližniju) pumpu i ugradimo je u cevovod, protok se menja...

Zato je neophodno proširiti problem, i rešiti ga za

(30)

1.3. KARAKTERISTIKE CEVOVODA Naučili “Proračun složenog cevovoda”, koji važi pri

Q = Q_pr= const

Videli da, u realnim uslovima Q ≠ const (zbog standardizacije prečnika i izbora pumpe)

Treba nam H_c= f(Q)složenog brodskog cevovoda – tzv. karakteristika cevovoda

Termin: napor cevovoda, pri Q = const Termin: karakteristika cevovoda, odnosi se, pre svega na dijagram

Izveli izraze za napor... sada imamo

(

)

( ) 2 1 2 c 2 1 2 4 p p l 8 H Q z z Q d g d α λ ζ γ π − ⎛ ⎞ = − + +_⎜ + + _⎟ ⎝

∑

⎠

(

)

( ) 2 c 2 1 2 4 l 8 H Q z z Q d g d λ ζ π ⎛ ⎞ = − +_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ za ceo cevovod za deo cevovoda Može se pisati c G BR H ′ =H + H c GD PZ H ′′ = H + H ne mora postojati, može biti i negativan pozitivan, uvek postoji...

( ) ( ) c c c H Q H H f Q const ′ ′′ = +

(31)

BRODSKI SISTEMI

da li je H_Gparabola ?? ( ) 2 G 2 4 l 8 H Q Q d g d λ ζ π ⎛ ⎞ =_⎜ + _⎟ ⎝

∑

⎠ e f (R ) λ= _... e vd 4Q R d ν π ν = = = f (Q) const λ = ≠

Gubici usled trenja – 4 oblasti

I oblast– laminarno strujanje

e 64 16d R Q πν λ= = ⋅⋅⋅ = ( ) 2 Gtr 2 5 4 8l 128l H Q Q Q g d g d ν λ π π = ⋅ = ⋅⋅⋅ = e e1 R <R e1 R ≈2300 Mudijev dijagram ključni član je

(32)

II oblast– turbulentno strujanje, hidraulički glatke cevi

e1 e e2 R < R <R , , e2 1 143 7 75 R ε ≈ , , 4 4 e 0 3164 d 0 298 Q R ν λ = = ⋅⋅⋅ = ⋅

III oblast– turbulentno strujanje, hidraulički hrapave cevi

e2 e e3 R < R <R e3 1 125, 430 R ε ≈ ( ) 2 Gtr 2 5 8l H Q Q g d λ π = ⋅ = ⋅⋅⋅

IV oblast– turbulentno strujanje, hidraulički potpuno hrapave cevi

e e3 R > R

( )

, log / 2 1 14 2 1 λ ₌⎡_⎣ ₊ ε ⎤_⎦− ( ) 2 2 Gtr 2 5 3 8l H Q Q k Q g d λ π = ⋅ = ⋅ , , , , ( ) , 2 Gtr 2 5 0 25 1 75 1 75 2 4 75 8l H Q Q g d l 0 0246 Q k Q d λ π ν = ⋅ = ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ = ⋅ = ⋅ , , , , , , 0 25 e 0 25 100 0 1 1 46 R 25d 0 1 1 46 Q λ ε πν ε ⎛ ⎞ = _⎜ ⋅ + _⎟ = ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ = _⎜ ⋅ + _⎟ ⎝ ⎠

(33)

BRODSKI SISTEMI

Uticaji koji menjaju karakteristiku cevovoda Promena H ′c

Promena _{H ′′}_c

karakteristika postaje “strmija” ili “blaža”

karakteristika postaje “viša” i “niža”

( ) 2 2 c 2 4 l 8 H Q Q a Q d g d a λ ζ π ⎛ ⎞ ′ =_⎜ + _⎟ ⋅ = ⋅ ⎝

∑

⎠

Usled čega se menja karakteristika..?

postoje parametri cevovoda (l, d, k, ζ) postoje parametri fluida (ν, T)

postoje namerne (nagle) promene parametara... postoje spontane (spore) promene...

(34)

Na primer

ζ ↑, namerno (naglo) pritvaranje nekog od ventila... k ↑, spontana (spora) promena usled korozije i obrastanja cevovoda...

k ↓, namerna, nagla promena – čišćenje cevovoda

Promena _{H ′′}_c

može se javiti spontano (sporo) u sledećim slučajevima

Veza delova cevovoda

Cilj: H_c(Q)složenog cevovoda dobija se vezivanjem

(sprezanjem) delova cevovoda... Posmatrajmo dva dela (u

principu može n delova...)

( ) i c i H Q ( ) j c j H Q karakteristike poznate...

veza delova može biti redna i paralelna

(35)

BRODSKI SISTEMI

Redna (serijska) veza delova cevovoda

imamo prost cevovod, kod koga je

i j Q =Q =Q ( )_{( )} _{( )} _{( )} i j i j c c c H + Q =H Q +H Q Grafički

Sabiraju se H_cpri istom protoku... Protok je isti u oba cevovoda...

Isto važi i za n cevovoda

C₁, C₂, C₃, ... C_n Q = const c p H Δ γ = poznato je sledi

Napor redne veze jednak je zbiru napora delova, pri istom protoku...

( ) i j j i j AE i c c c p p p H Δ Δ Δ H H γ γ γ + ₌ ₌ ₊ ₌ ₊

(36)

Parelelna veza delova cevovoda Q = Q_i+ Q_j (i j)_{( ) ?} c H Q = AB DE p p Δ Δ γ = γ ( ) ( ) ( ) ( ) i j i j c i c j c H Q =H Q =H Q

Karakteristika paralelne veze dobija se sabiranjem protoka, pri istom naporu...

Napor isti u oba cevovoda... Isto važi i za n cevovoda

C₁, C₂, C₃, ... C_n ekvivalentni cevovod:

(37)

BRODSKI SISTEMI

Pre složenog cevovoda, nekoliko detalja Paralelno spojeni cevovodi ne moraju imati jednaku geodezijsku visinu...

Na primer...

Razlika pritisaka na ulazu i izlazu je jednaka – to jeste paralelna veza...

Javlja se sličan slučaj

Da li je to paralelna veza ? ( ) i D at c i p p H Q γ − = ( ) j D h D at h c j p p p p p H Q Δ γ γ γ − − = = − * i j C C * ( ) ( ) i j c i c j H Q =H Q ( ) j D h c j p p H Q γ − = ( ) ( ) i j c i c j

H Q ≠H Q nije paralelna veza, ali se na nju lako svodi...

h at h p = p +Δp * ( ) j h D at c j c p p p H Q H Δ γ γ − + = uvodimo ekvivalentni cevovod * j C

(38)

Veza usisnog i potisnog voda ( )u ( )u ( )u cu GD BR G H = H +H +H ( )p ( )p cp GD G H =H +H usisnog dela potisnog dela Da li je to redna veza? Zbir: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) BR GD G u p u u p cu cp GD GD BR G G H H H H H H H H H H + = + + + + c GD PZ BR G H = H +H +H +H S druge strane, znamo

Sledi c cu cp H ≠ H +H Razlika je u članu 2 1 PZ p p H γ − =

posledica različite definicije H_ccelog i dela cevovoda... ali ako je p₁= p₂

(npr. p_at)

važi Hc = Hcu+Hcp

a u opštem slučaju važi

* *

c cu cp

(39)

BRODSKI SISTEMI

Karakteristika složenog cevovoda

Traži se H_c(Q)

Poznate su karakteristike delova cevovoda H_ci(Q_i)

Treba da bude na svim ulazima i izlazima cevovoda pritisak p_at Ako nije, treba raditi s

ekvivalentnim cevovodima Ci*

H_c(Q)– energija koja se troši u cevovodu pri protoku Q tu energiju treba obezbediti (dovesti) – zato postoji pumpa: H_c(Q) = H_p(Q)

(40)

1 2

C C

(

C C

1 2

)

+

C

3

(

)

* 1 2 3 4

C

⎡

₊

⎤

⎣

(

)

⎦

{

*

}

1 2 3 4 5

C C

C

⎡

₊

⎤

₊

⎣

(

)

⎦

{

*

}

1 2 3 4 5

C

⎡

₊

⎤

₊

_⋅⋅⋅

⎣

(

)

⎦

{

*

}

1 2 3 4 5 u

C

⎡

₊

⎤

₊

_{⋅⋅⋅ =}

⎣

⎦

→ Hcu(Q) n n 1

C

₋

(

C

n

C

n 1−

)

+

C

n 2− → Hcp(Q) C_u+ C_p= C → Hcp(Q) + Hcu(Q) = Hc(Q)

(

C

n

C

n 1−

)

C

n 2−

C

p

⎡

+

⎤

⋅⋅⋅ =

⎣

⎦

(41)

BRODSKI SISTEMI

1 2 C C

(

C C1 2

)

+C3=Cu 4 5 p C +C =C u p C +C =C

Primer

(42)

2. BRODSKE PUMPE

2.1. KARAKTERISTIKE PUMPI

A B

Napor pumpe , pri Q = const.

Meri se Δp_p= f (Q) , pri n = const

Sledi kriva H_p(Q) [m]

KARAKTERISTIKA PUMPE

Podsetimo se, H_c(Q) je KARAKTERISTIKA CEVOVODA

ZavisnostH_p(Q) se dobija (najčešće) EKSPERIMENTALNO, daje je proizvođač pumpi Ne proračunavamo je, za razliku od krive H_c ...

p _B _A p p _p _p H Δ γ γ − = =

(43)

BRODSKI SISTEMI

Prema karakteristici H_p(Q), pumpe se dele na dve grupe

I grupa

II grupa

H

_p

Q

H

_p

Q

N

η

_p

H

_p

(Q)

η

_p

(Q)

R

_N

H

_p

Q

H

_pmax

Q

N n = const.

R_N– nominalna radna tačka (odgovara η_max)

Lopatične (hidrodinamičke) Zapreminske (deplasmanske, hidrostatičke) Spadaju: centrifugalne pumpe,

propelerske pumpe...

Klipne pumpe, pužne pumpe, zupčaste pumpe...

H

_p

n = const. (N)

(44)

Pri promeni broja obrtaja n, menja se karakteristika pumpe

H

_p

Q

n

₁

H

_p

Q

I grupa

II grupa

n

₂

n

3

n

1

n

2

n

3

n

Kod I grupe, karakteristike za različito n (obično) daje proizvođač, ali ako je poznata kriva za jedno n, može se približno

(45)

BRODSKI SISTEMI

n = n₁

H

_po

Q

_o

A

_o

A

₁

H

_p

Q

n = n_o

A

_o

(Q

_o

, H

_po

)

A

₁

(Q

₁

, H

_p1

)

Q

₁

= (n

₁

/ n

_o

) Q

₀

H

_p1

= (n

₁

/ n

_o

)

2

_H

po

Sprezanje karakteristike pumpe i cevovoda

H

_p

(Q

_R

) = H

_c

(Q

_R

)

Izraz za protok Q važi i za pumpe II grupe...

Pumpu karakteristike H_p(Q)ugradimo u cevovod (prost ili složen) karakteristike H_c(Q)

Jadnostavno, ali važno

(46)

I grupa

_{II grupa}

Q

_R

R

Q

_R

= Q

_N

R

H

_p

Q

H

_p

H

_c

H

_p

Q

H

_c

H

_p

Uspostavi se dinamička ravnoteža pri protoku Q_Ri pri naporu H_R H_R

(47)

BRODSKI SISTEMI

I grupa

II grupa

H

_P

Q

_R

H

_P

R

H

_P

Q

_R

= Q

_N

H

_P

R

Menja se protok i napor... Menja se samo napor... Kod dobro odabrane pumpe, radna tačka R

je blizu nominalne radne tačke N

(48)

Razlike pumpi I i II grupe: I grupa – prilagođava se promeni H_c promenom Q

strmije H_c– veći otpor cevovoda, manji protok...

blaže H_c– manji otpor cevovoda, veći protok...

II grupa – NE prilagođava se, uvek daje Q_N i onoH_Pkoje cevovod zahteva

Generalno važi

I – pritisak im je ograničen, relativno mali II – protok je relativno mali

Za visoke pritiske, male protoke → pumpe II grupe Za niske pritiske, velike protoke → pumpe I grupe ZATO

Takođe, treba uočiti i sledeće: Za pumpe I grupe, karakteristika je neophodna...

Q_Ni H_p (Q_N) su samo orjentacioni podaci...

Q_Rtreba da je što bliže Q_N Da bi odredili Q_Rpotrebna je

karakteristika cevovoda (proračunavamo) i pumpe (daje proizvođač)

Za pumpe II grupe, dovoljan je podatak Q_N(eventualno i H_max) – tada je poznata i karakteristika pumpe...

(49)

BRODSKI SISTEMI

Regulacija protoka daleko je jednostavnija kod pumpi I grupe...

Kako bi promenili (smanjili) protok kod pumpi II grupe?

Kod pumpi II grupe se, pri velikom otporu cevovoda, mogu javiti ekstremno visoki pritisci... p p p H Δ γ = p p M p p p Q H Q P Δ γ η η = =

Q

_R

= Q

_N

R

H

_p

Q

H

_p

H

_c H_R zamislimo da se zatvara

ventil u potisnom vodu.... Zato je kod pumpi II grupe obavezno _{postaviti sigurnosni ventil...}

Može doći do havarije u cevovodu ili pumpi...

Snaga pumpe

pri velikim pritiscima javlja se opasnost od preopterećenja motora...

ventil se otvara pri određenoj razlici pritisaka...

p p p

(50)

Zaključimo:

neophodno je znati kojoj grupi pripada pumpa koju ugrađujemo...

Rezultat je bio H_c(Q_p) H_p(Q_p) Odredili smo prečnike tako da u svim ograncima imamo zahtevane protoke.

H

_p

Q

_p

R

Q

_R

R

_N

H

c

(Q)

H_p(Q_p) Ali nema takve pumpe!

postoje...

Odredili smo karakteristiku cevovoda...

Biramo prvu veću...

Nalazimo radnu tačku R ...

Treba da je blizu proračunske, da se ne bi bitnije menjali protoci u delovima

cevovoda... Sada (konačno) možemo da završimo

lekciju: Proračun složenog cevovoda

Treba da je blizu nominalne, da η_pbude što veće...

(51)

BRODSKI SISTEMI

O ovome detalnije na vežbama... Potrebno za pismeni ISPIT...

H

_p

Q

_R

R

Q

_p

Slično i kod pumpi II grupe...

Kakve promene u dijagrame unosi standardizacija prečnika ogranaka..?

(52)

2.2. ZAJEDNIČKI RAD PUMPI

Više pumpi mogu raditi zajednički ...

Postoji (kao i kod cevovoda) redna i paralelna vaza..

Redna veza

Znamo H_p1, H_p2,H_p3, ... Tražimoekvivalentnu pumpu

P

₁

P

₂

P

₃

....

P

_1+2+3+...

Paralelna veza

P

₁_║₂_║₃_║_...

....

P

₁

P

₂

P

₃

(53)

BRODSKI SISTEMI

P

_i

P

_j

Redna veza pumpi I grupe

H

_p

Q

H

_c

(Q)

H

_pj

H

_pi

H

_p(i+j) važi i j Q =Q =Q poznato je sledi

Napor ekvivalentne pumpe jednak je zbiru napora pojedinačnih pumpi, pri istom protoku...

i i p p H Δ γ = j j p p H Δ γ = ( ) i j i j j i j i p p p p _p p H Δ Δ Δ H H γ γ γ + + ₌ ₌ ₊ ₌ ₊ ( )_{( )} _{( )} _{( )} i j i j p p p

H + Q ₌H Q ₊H Q Uočiti radne tačke...

Redna veza kod pumpi II grupe nema tehničkog smisla...

(54)

Paralelna veza

P

_i

P

_j i i p p H Δ γ = j j p p H Δ γ = Poznato (i j)_{( ) ?} p H Q = ( ) ( ) i j j i p i p j p p H Q H Q Δ Δ γ = γ → = i j Q +Q =Q

Karakteristika paralelne veze dobija se sabiranjem protoka, pri istom naporu...

( ) ( ) ( ) ( ) i j i j p i p j p H Q =H Q =H Q

H

_p

Q

H

c

(Q)

H

_pj

_H

pi

H

_p(i║j)

H

_p

Q

H

_pi

H

_pj

H

_p(1║2)

H

_c

(Q)

Radne tačke pri samostalnom i zajedničkom radu...??

(55)

BRODSKI SISTEMI

Kada koristiti rednu, a kada paralelnu vezu?

Kod pumpi II grupe situacija je relativno jednostavna Redna veza se ne koristi...

Paralelna veza služi za povećanje protoka...

Q₁– nedovoljan, dodajemo P₂ (npr. jednaku pumpu)

P

₂

P

₁ Q_1║2

= Q

₁

+ Q

₂ Ali i H_p1, H_p2 - rastu

R

₁

, R

₂→

R

₁

’ , R

₂

’

N

Na primer

Q

H

_c

Q

₁

Q

1║2

H

_p

H

_p1

R

₁

R

₂

R

₂

’

R

₁

’

R’

H

_p2

H

_p(1║2) Povećan je protok...

Prelaskom na zajednički rad, radna tačka pumpe se pomera na sever

(56)

Kod pumpi I grupe, situacija je nešto komplikovanija... U principu, paralelna vaza služi za povećanje protoka... a redna veza za povećanje napora

Ali, kao što je pokazano, i rednom i paralelnom vezom, menjaju se i protok i napor...

Pumpe se vezuju (redno ili paralelno) kada pojedinačna pumpa ne odgovara cevovodu...

Pumpa dobro odabrana za cevovod 2 Karakteristika cevovoda 1 suviše strma... Karakteristika cevovoda 3 suviše blaga...

treba spregnuti pumpe redno... treba spregnuti pumpe paralelno...

(57)

BRODSKI SISTEMI

P

₁

P

₂

(58)

P

₂

P

₁

(59)

BRODSKI SISTEMI

Redukopvana karakteristika pumpi

Posmatramo pumpu (I grupe) i deo cevovoda...

Znamo karakteristike H_pi H_c

Redukujemo pumpu na tačke A, B (AB) (AB)

p p c

H =H −H

Kako se primenjuje redukovana karakteristika?

To je energija koja se ne troši u delu cevovoda AB (višak koji preostaje...)

P

₁

II

P

₂

?

Zato što su pritisci na ulazu i izlazu pumpi različiti

Ali

_P

₁(AB)

_II

_P

₂(AB) Tipična primena kod brodskih sistema

(60)

(61)

BRODSKI SISTEMI

2.3. USISNA VISINA PUMPE

Usisna visina – problem svake pumpe, njena “Ahilova peta”

Problem usisna visina – problem KAVITACIJE

P

…

z

_u

p

at (u)

p_u= p_min

(u) - kritično mesto u cevovodu Do sada znaju

H

_p

Q

R

Q

_R

H

_R

H

_c

H

_cus

H

_p

H

_cus

_(Q

R

)

Gde se vidi usisna visina?

…

( priQ = const)

P

Dijagram pritiska p_at/γ p_u/γ

(62)

H_cus_(Q

R ) – hidraulička usisna visina (nije samo geodezijska visina)

Dok H_c(Q_R)može biti veliko, H_cus_(Q

R )je (bez obzira na vrstu pumpe) strogo ograničeno... Naučili da odrede, za složeni (i prosti) usisni cevovod Veza p_u i H_cus _?? Po definiciji: Za prost cevovod: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + − = 1 ₁

∑

8₂2₄ us us us us u u d g Q d l z p p π ζ λ γ γ

jedino pozitivno (nosi sve), za vodu oko 10 m

mora biti veće od 0...

P

pumpa treba da radi na potisak...

( ) us 1 u 1 u c c p p H Q H γ − − = = us u 1 c p p H γ = γ − us c H <10 m us c H p_u Sledi (ponovo)

(63)

BRODSKI SISTEMI

Q

H

_cus z_u γ p ) (T p p= u u p _H p Δ = − γ γ p p p_u = γu p γ p Da li može pasti do 0 ? Ne, samo do

Napon zasićenje pare -pritisak na kome dolazi do ključanja tečnosti tečnost ključa po celoj zapremini - KAVITACIJA

Pojava KAVITACIJE je izuzetno opasna – mehurove pare, koji se stvore u preseku (u), tečnost odnosi u pumpu. Tu dospevaju u zonu povišenog pritiska i burno nestaju. Ova pojava

IMPLOZIJE, praćena naglim skokom pritiska dovodi do oštećenja pumpe.

KAVITACIJA – izuzetan važan brodski problem, ne samo kod pumpi

1 p γ γ p p H u u − = Δ

Rezerva u odnosu na kavitaciju KAVITACIONA REZERVA

H_cus _ΔH

u p_u

(64)

Kolika mora biti kavitaciona rezerva? Svakako veća od nule...

Po pravilu je (ΔH_u)_doz> 2 m

Zavisi od pumpe, daje je proizvođač pumpi

Za pumpe I grupe (ΔH_u)_doz= f(Q)

Q

(ΔH

_u

)

_doz

~ 2 ~ 4

[m]

Zavisi od vrste tečnosti i od temperature ( ) p = p T

T

Tečnost Para

p

[ ] p bar 1.013 100 0.701 90 0.473 80 0.311 70 0.199 60 0.123 50 0.074 40 0.042 30 0.023 20 0.012 10 0.006 0 T [°C] voda

(

)

u _{u doz} H H Δ ≥ Δ

(65)

BRODSKI SISTEMI

logp 0 0126 T 1 068≈ , ⋅ − ,

logp 0 01255 T 0 827≈ . ⋅ − . Sirova nafta:

Benzin:

nafta se zagreva tokom istovara.... problemi s istovarom benzina...

(

)

u _{u doz}

H H

Δ ≥ Δ

Vratimo se na uslov koji treba zadovoljiti

NPSHR NPSHA≥ Net Positive Suction Head Required > Net Positive Suction Head Available

proračunavamo... ( )us 1 u c p p H H Δ γ γ = − −

(

ΔHu doz

)

daje proizvođač pumpi (ili usvajamo)

(66)

2 u 1 u u 2 4 u _us u l p 8 Q p H z d g d Δ α λ ζ γ π γ ⎡ ⎛ _{⎞ ⋅} ⎤ = −⎢ +⎜_⎜ + + ⎟_⎟ ⎥− ⎢ _⎝ _⎠ ⎥ ⎣

∑

⎦

Za prost cevovod važi

pa se jasno vidi... p₁ z_u λ l_u Σ ζ d_u Q p T

Sa porastom nadmorske visine, nije zanimljivo za brodogradnju... Zaključujemo ponovo:

Potrebno je pumpu postaviti što niže, usisni cevovod što kraći, što manje lokalnih gubitaka... Što rasterećeniji ususni vod

Pumpa treba da radi na POTISAK... ( )us c H u H Δ

P

Nekoliko važnih tehničkih zadataka, koji slede iz

(

)

u _{u doz}

H H

(67)

BRODSKI SISTEMI

(

)

u _{u doz}

H

Δ

≥

Δ

rezerva u odnosu na kavitaciju, koju proračunavamo... ( )us 1 u c

p

H

Δ

γ

=

−

(

Δ

H

u doz

)

dozvoljena rezerva u odnosu na

kavitaciju, koju daje proizvođač pumpi (ili je usvajamo)

U vezi usisne visine pume izvedena relacija

(68)

a) Određivanje Q

_max

Q

H

_c(us)

γ

p u H Δ

γ

1 p

Q

_max ~2m

(ΔH

_u

)

_doz ~10m

b) Određivanje T

_max

T

H

_cus

γ

p u H Δ

γ

1 p

T

_max

(ΔH

_u

)

_doz ~10m Q = const. Nekoliko važnih tehničkih zadataka, koji slede iz

(

)

u _{u doz}

H H

Δ ≥ Δ

Određivanje maksimalnog protoka

(69)

BRODSKI SISTEMI

c) Određivanje z

_max 2 u 1 u u 2 4 u _us u l p 8 Q p H z d g d Δ α λ ζ γ π γ ⎡ ⎛ _{⎞ ⋅} ⎤ = −⎢ +⎜_⎜ + + ⎟_⎟ ⎥− ⎢ _⎝ _⎠ ⎥ ⎣

∑

⎦

(

H

)

z zmax H_u = Δ _u _doz → _u = Δ

Q

γ

p

(

Δ

H

u

)

doz γ1 p _~10m

z

_max

H

_c’

dozvoljeno

(

)

u 2 1 max u doz 2 4 u _us u l p p 8 Q z H d g d Δ α λ ζ γ γ π ⎡ ⎛ _{⎞ ⋅} ⎤ = −⎢ + +⎜_⎜ + + ⎟_⎟ ⎥ ⎢ _⎝ _⎠ ⎥ ⎣

∑

⎦

ima smisla i negativno... pumpa traži potporu

0

z

_u

z

_u

<0

z

_u

= ?

VL VL (us)

H

_c(us)’

(70)

Tipičan brodski primer...

Tipično, kod tankera dolazi do usporavanja u poslednjim fazama istovara....

(71)

BRODSKI SISTEMI

2.4. Tipovi brodskih pumpi

Postoji veliki broj pumpi različitih tipova, i praktično sve se primenjuju na brodu... Ovaj kratki pregled koncipiran je s aspekta KORISNIKA – koji kupuje pumpu i ugrađuje je na pravo mesto u cevovodu...

Drugi inženjeri projektuju pumpu – za njih je svaka pumpa poseban predmet

Pumpe koje se koriste na brodu, BRODSKE PUMPE, prilagođene su specifičnoj brodskoj službi (nisu neki specijalni tipovi koji se na kopnu ne koriste)

Specifičnosti brodskih pumpi - Zahtev za što manjom veličinom i težinom (potrebna je LAKA i KOMPAKTNA PUMPA)

- Dodatne sile usled ljuljanja broda (potrebna je ČVRSTA PUMPA, ovo se naročito odnosi na pumpe

HAVARIJSKOG,

PROTIV-POŽARNOG, BALASNOG SISTEMA - Rad sa morskom vodom (potrebni specijalni materijali otporni na koroziju; bronza, druge legure bakra, nerđajući čelik)

-Rad na različitim režimima (teretni sistem, u različitim lukama, različit otpor kopnenog cevovoda)

(72)

MI BIRAMO PUMPU, projektant projektuje..

Biramo brodsku pumpu (MARINE, MARINE SERVICE)

Prilikom izbora, osim na Q, H_pi η_p, treba obratiti pažnju i na sledeće osobine pumpi

- SAMOUSISNOST - REVERZIBILNOST (prekretljivost)

Da li je pumpa samousisna ili ne? Odnosno, da li može da “povuče” tečnost iz praznog usisnog voda? Odnosno, da li može da usisa vazduh?

SAMOUSISNOST može biti veoma važna osobina...

VL

Samousisnost nebitna

VL

Samousisnost izuzetno bitna!

Kako radi sistem, ako pumpa nije samousisna?

(73)

BRODSKI SISTEMI

Postoje tipovi pumpi koje (u principu) mogu raditi u oba smera – to su reverzibilne

(prekretne) pume. Smer strujanja se menja promenom smera obrtanja.

Pumpa mora biti specijalno projektovana kao reverzibilna. Kod nekih tipova to je moguće, kod nekih ne.

REVERZIBILNOST može biti važna osobina, koju projektant cevovoda mora znati

Da li se promenom smera obrtanja menja smer protoka... Problem reverzibilnosti... VL H_p Q H_N Q_N η_p R_N H_p η_p

2.4.1. Pumpe I grupe

A B

P

p_B> p_A

Kako stvoriti natpritisak? Zamisliti cevovod s pumpom koja nije reverzibilna

(74)

a) Centrifugalna pumpa

Ranije predmet: Pumpe i ventilatori... Sada sasvim skraćeno...

Porast pritiska se postiže centrifugalnom silom Zamislimo tečnost koja rotira...

i pritisak je tada p = p(r) , i to takav da

r

p

Dovoljno postaviti usis blizu ose rotacije, a potis na periferiji...

i (u principu) imamo pumpu...

promena pritiska zavisi od zakona promene brzine...

Rotaciju fluida izaziva rotor (kolo, impeler), koji se nalazi u kućištu...

(75)

BRODSKI SISTEMI

(76)

Postoji niz različitih konstrukcija... Dele se, u zavisnosti od pogona (elektro pogon, hidraulički pogon...) dele se na horizontalne i vertikalne, u zavisnosti od pravca pogonskog vratila mogu imati dvostruki usis, tzv. dvostrujne pumpe (paralelna veza...)

mogu biti višestepene (redna veza...) mogu imati otvoreno i zatvoreno kolo... Na primer: vertikalna, dvostepena

horizontalna, dvostrujna

Otvoreni i zatvoreni impeler

(77)

BRODSKI SISTEMI

Centrifugalna pumpa je, generalno, dobra pumpa..

Zbog svega toga se masovno koristi, najčešće od svih tipova pumpi...

Pumpa nije reverzibilna... Koristi se u praktično svim brodskim

sistemima...

Ima visok stepen korisnosti...

Relativno visok napor (za pumpe I grupe) Može imati mali, ali i veoma veliki protok...

Ova osobina je bitna zbog sirove nafte... Sirova nafta može imati veoma

veliku viskoznost...

Zagrejena na 100°F (37,8°C) i do 2200 cSt.

Da bi se nafta mogla

transportovati centrifugalnim pumpama, potrebno ju je zagrejati i do 55°C...

Ima, s aspekta brodskih sistema, dve bitne mane Nije samousisna

i, u principu, joj smeta vazduh u usisnom vodu...

Ne može da radi s jako viskoznim tečnostima...

Ukoliko je tečnost jako viskozna, efikasnost i napor opadaju...

a preko 440-700 cSt, pumpa ne može da radi...

(78)

b) Propelerska pumpa

propeler

u cevi...

Propeler rotira, i tečnost nastrujava na krilo propelera pod određenim napadnim uglom...

S jedne strane krila se stvara potpritisak, a s druge natpritisak...

usled ćega dolazi do aksijalnog strujanja... O propeleru će dosta učiti...

Nazivaju se i aksijalne pumpe...

za razliku od radijalnih, centrifugalnih pumpi...

Kod svih lopatičnih pumpi koriste se bezdimenzioni koeficijenti (tzv. karakteristike, značice) 3 Q Q Au r ϕ ωπ = = ⋅⋅⋅ = Protoka Napora (rada) p p 2 2 2 2 H H p u u r 2 2g 2g Δ ψ ρ ω = = = ⋅⋅⋅ = ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Brzohodosti / / 1 2 3 4 ϕ σ ψ = = ⋅⋅⋅

(79)

BRODSKI SISTEMI

Tzv. specifična brzina obrtanja pumpe je

( )

/ , Q 3 4 p n Q n 157 8 H σ = = ⋅⋅⋅ = ⋅ Važi

Sledi, radijalne za veće napore, manje protoke... Alsijalne, za manje napore, veće protoke... Propelerska pumpa daje male napore...

ali i veoma velike protoke...

Pumpa nije samousisna

u principu, može biti reverzibilna... Može imati i promenljiv korak (promenljivi napadni ugao krila propelera), što omogućava regulaciju protoka...

(80)

Nekoliko tipičnih rešenja

Pumpa ima veoma visoku efikasnost Može dati izuzetno velike protoke ali je ograničena na male napore... u kojim brodskim sistemima je potrebna takva pumpa..?

(81)

BRODSKI SISTEMI

c) Vakuum pumpa

(pumpa s vodenim prstenom)

Rotor je postavljen ekscentrično u odnosu na kućište...

Nakon starta pumpe, formira se vodeni prsten od ostatka tečnosti...

U delu srpastog jezgra, pri rotaciji, vazduh stvara natpritisak, a u delu potpritisak...

usled čega dolazi do usisavanja vazduha iz usisnog voda...

Kada se popuni usisni vod, tečnost nastavlja da struji...

ali s malim natpritiskom

(potisni vod blizu ose rotacije...) pumpa ima dobar usis, ali daje slab natpritisak...

(82)

Umesto ekscentričnog rotora, može biti i nesimetrično kućište...

Pumpa ima mali protok, mali napor, mali stepen korisnosti...

i samo jednu dobru osobinu...

odličan usis...

i ta osobina određuje i njenu osnovnu primenu....

(83)

BRODSKI SISTEMI

d) Strujna pumpa

Sasvim specifične, bez pokretnih delova

Radni fluid: voda, vazduh, para...

Pretakani fluid: voda, gasovi, zrnaste materije (žito, šljaka, cement, riba...) Zovemo ih:

- EJEKTORI (naglasak na usisu, kada prazne; ejektor kaljužnog sistema) - INJEKTORI (naglasak na dostavljanju, kada pune; injektor kotla)

(84)

H_p Q_meš- injektori Q_pret- ejektori H_p(pret) Bitan odnos Q_pret/Q_rad

kod brodskih pumpi, oko 1,1

Pumpa ima dve dobre osobine

odličan usis (pretakani fluid može biti vazduh...)

može “pretakati” zrnaste materije... može što ni jena ne može...

ali zato nije samostalna...

mora postojati radna pumpa, koja je snabdeva radnim fluidom...

(85)

BRODSKI SISTEMI

Rad sa prljavim tečnostima Rad sa viskoznim tečnostima Usis Protok Napor Stepen korisnosti Strujna Vakuum Propelerska Centrifugalna , N 0 85 η ≤ ηN ≤0 9, , , N 0 1 0 3 η ≤ − , , N 0 2 0 3 η ≤ − Odličan... Najbolji...

Dobar, za pumpe I grupe...

+ +

-

-±

-N H ≤150 200 m− HN ≤10 20 m− HN ≤15 m N H ≤15 m

-

-+

Postoje i male pumpe, ali Qmax≤ 15000 m3/h + Najveće... Qmax≤ 100000 m3/h

-mali... QN≈ 20-30 m3/h

-zavisi od radne pumpe... nije samousisna

-

_{nije samousisna} ₊ ₊ retka osobina rotacionih pumpi ± Ne može da ispumpava nezagrejanu naftu...

-

-+ + ± + Nenadmašna, ne mora biti tečnost... cement, žito, riba

++ ++

(86)

Primena na brodu Specifičnosti Potopljen rad Veličina, težina, konstrukcija Reverzibilnost Strujna Vakuum Propelerska Centrifugalna

-

+ +

-± + + ∓

Može, ali složena konstrukcija (elektromotori...) + lako se postiže... + nema motora... često se koristi... Često se koristi... Generalno dobra pumpa...

Nigde nije najbolja, ne istiće se

Pouzdana, skoro bez mana...

Veliko Q , malo Hp,

veliko ηp...

ekstremne osobine

Samo jedna dobra osobina... usis...

Sasvim specifična pumpa...

Može ono što ni jedna druga ne može... Ne može ono što sve druge mogu... Najšira...

To je osnovna brodska pumpa...

Kad kažeš pumpa...

Havarijski sistem... Sistem spasavanja... Nakretni sistem... Balastni sistem... Za početno usisavanje velikih pumpi... Kratko rade... Kaljužni ejektori... Transport zrnastih materijala Odsisni sistem (?) ++